1.1. Objetivo general

Aprender las funciones que realiza la capa de red del modelo OSI, estudiando cmo esta divide las redes en host para poder administrar el flujo de datos, analizar cada elemento que compone a la misma, saber un poco ms de la comunicacin que se realiza desde un dispositivo a otro.

1.2. Objetivos especficos

Identificar la funcin de la capa de red, la cual describe la comunicacin desde un dispositivo final hacia otro.

Examinar el protocolo de capa de red ms comn, el protocolo de Internet (IP) y tambin sus funciones para proporcionar un servicio sin conexin de gran calidad.

Comprender los principios utilizados para realizar la divisin delos dispositivos o su agrupamiento en redes.

Comprender el direccionamiento jerrquico de dispositivos ycmo esto permite la comunicacin entre redes.

Comprender los aspectos fundamentales de las rutas, las direcciones del siguiente salto y el reenvo de paquetes a una red de destino.

OSPF.Open Shortest Path First ( El camino ms corto primero) (frecuentemente abreviadoOSPF) es unprotocolodeenrutamientojerrquico de pasarela interior, de envestidura dinmicaIGP(Interior Gateway Protocol), que usa el algoritmo SmoothWallDijkstraenlace-estado (LSE -Link State Algorithm) para calcular la ruta ms corta posible.

EIGRP.EIGRP(Enhanced Interior Gateway Routing Protocol, Protocolo de enrutamiento de gateway interior mejorado) es unprotocolodeencaminamientovector distancia avanzado , propiedad deCisco Systems, que ofrece lo mejor de los algoritmos devector de distanciasy delestado de enlace. Se considera un protocolo avanzado que se basa en las caractersticas normalmente asociadas con los protocolos del estado de enlace. Algunas de las mejores funciones deOSPF, como las actualizaciones parciales y la deteccin de vecinos, se usan de forma similar con EIGRP. Aunque no garantiza el uso de la mejor ruta, es bastante usado porque EIGRP es algo ms fcil de configurar que OSPF.

RIP.RIPson las siglas deRoutingInformationProtocol (Protocolo de Informacin de Enrutamiento). Es un protocolo de puerta de enlace interna oIGP(InteriorGatewayProtocol) utilizado por losrouters(encaminadores) para intercambiar informacin acerca de redes IP a las que se encuentran conectados. Su algoritmo de encaminamiento est basado en elvector de distancia, ya que calcula la mtrica o ruta ms corta posible hasta el destino a partir del nmero de "saltos" o equipos intermedios que los paquetes IP deben atravesar. El lmite mximo de saltos en RIP es de 15, de forma que al llegar a 16 se considera una ruta como inalcanzable o no deseable.

Funciones.

Bsicamente, sta capa permite identificar los nodos finales de una comunicacin, en ste caso los nodos finales no tienen acceso directo uno a otro sino a travs de otros dispositivos. La capa 3 capa de red es la encargada de permitir que la informacin fluya por redes diferentes o, en otras palabras, por redes separadas entre s por otras redes. Usualmente esta separacin consiste en enrutadores o dispositivos de capa de red. La unidad de datos de la capa 3 se llamapaquetey para que un dispositivo de capa de red pueda reenviar un paquete que le llega a cualquiera de sus puertos, es necesario que las funciones de capa de red soporten la distincin de las redes o, en una especie de metfora, la identificacin de loslugares, entendiendo lugar comohacia dnde se encuentra la red destinode ese paquete.

2. DESARROLLO

La Capa de red o Capa 3 de OSI provee servicios para intercambiar secciones de datos individuales a travs de la red entre dispositivos finales identificados. Para realizar este transporte de extremo a extremo la Capa 3 utiliza cuatro procesos bsicos:

Direccionamiento, Encapsulamiento, Enrutamiento , y Desencapsulamiento.

Direccionamiento

Primero, la Capa de red debe proveer un mecanismo para direccionar estos dispositivos finales. Si las secciones individuales de datos deben dirigirse a un dispositivo final, este dispositivo debe tener una direccin nica. Cuando se agrega esta direccin a un dispositivo, al dispositivo se lo denomina host.

Encapsulacin Segundo, la capa de Red debe proveer encapsulacin. La Capa 3 recibe la PDU de la Capa 4 y agrega un encabezado o etiqueta de Capa 3 para crear la PDU de la Capa 3. Cuando nos referimos a la capa de Red, denominamos paquete a esta PDU. Cuando se crea un paquete, el encabezado debe contener, entre otra informacin, la direccin del host hacia el cual se lo est enviando. A esta direccin se la conoce como direccin de destino. El encabezado de la Capa 3 tambin contiene la direccin del host de origen. A esta direccin se la llama direccin de origen.

Enrutamiento Luego, la capa de red debe proveer los servicios para dirigir estos paquetes a su host destino. Los host de origen y destino no siempre estn conectados a la misma red. En realidad, el paquete podra recorrer muchas redes diferentes. Los dispositivos intermedios que conectan las redes son los routers. La funcin del router es seleccionar las rutas y dirigir paquetes hacia su destino. A este proceso se lo conoce como enrutamiento. Durante el enrutamiento a travs de una internetwork, el paquete puede recorrer muchos dispositivos intermedios. A cada ruta que toma un paquete para llegar al prximo dispositivo se la llama salto. A medida que el paquete es enviado, su contenido (la PDU de la Capa de transporte) permanece intacto hasta que llega al host destino.

Desencapsulamiento Finalmente, el paquete llega al host destino y es procesado en la Capa 3. El host examina la direccin de destino para verificar que el paquete fue direccionado a ese dispositivo. Si la direccin es correcta, el paquete es desencapsulado por la capa de Red y la PDU de la Capa 4 contenida en el paquete pasa hasta el servicio adecuado en la capa de Transporte. Los protocolos especifican la estructura y el procesamiento del paquete utilizados para llevar los datos desde un host hasta otro host. Operar ignorando los datos de aplicacin llevados en cada paquete permite a la capa de Red llevar paquetes para mltiples tipos de comunicaciones entre hosts mltiples.Caractersticas bsicas y la funcin del protocolo IPv4 IP fue diseado como un protocolo con bajo costo. Provee slo las funciones necesarias para enviar un paquete desde un origen a un destino a travs de un sistema interconectado de redes. Caractersticas bsicas de IPv4: Sin conexin: No establece conexin antes de enviar los paquetes de datos. Mximo esfuerzo: No se usan encabezados para garantizar la entrega de paquetes. Medios independientes: Operan independientemente del medio que lleva los datos.

Sin ConexinLos paquetes IP se envan sin notificar al host final que estn llegando.Como IP trabaja sin conexin, no requiere un intercambio inicial de informacin de control para establecer una conexin de extremo a extremo antes de que los paquetes sean enviados, ni requiere campos adicionales en el encabezado de la PDU para mantener esta conexin.

Servicio de maximo esfuerzo (no confiable) El protocolo IP no sobrecarga el servicio IP suministrando confiabilidad. La funcin de la Capa 3 es transportar los paquetes entre los hosts tratando de colocar la menor carga posible en la red. La Capa 3 no se ocupa de ni advierte el tipo de comunicacin contenida dentro de un paquete. No confiable significa que IP no tiene la capacidad de administrar ni recuperar paquetes no entregados o corruptos.

Independiente de los medios. Cualquier paquete IP individual puede ser comunicado elctricamente por cable, como seales pticas por fibra, o sin cables como las seales de radio. Es responsabilidad de la capa de Enlace de datos de OSI tomar un paquete IP y prepararlo para transmitirlo por el medio de comunicacin. Una caracterstica principal de los medios que la capa de Red considera: el tamao mximo de la PDU que cada medio puede transportar. A esta caracterstica se la denomina Unidad mxima de transmisin (MTU).

IPv4 encapsula o empaqueta el datagrama o segmento de la capa de Transporte para que la red pueda entregarlo a su host de destinoLa encapsulacin de IPv4 permanece en su lugar desde el momento en que el paquete deja la capa de Red del host de origen hasta que llega a la capa de Red del host de destino.El proceso de encapsular datos por capas permite que los servicios en las diferentes capas se desarrollen y escalen sin afectar otras capas.

Campos del encabezado IPV4Direccin IP destinoEl campo de Direccin IP destino contiene un valor binario de 32 bits que representa la direccin de host de capa de red de destino del paquete.Direccin IP origenEl campo de Direccin IP origen contiene un valor binario de 32 bits que representa la direccin de host de capa de red de origen del paquete.

Tiempo de vida El tiempo de vida (TTL) es un valor binario de 8 bits que indica el tiempo remanente de "vida" del paquete. El valor TTL disminuye al menos en uno cada vez que el paquete es procesado por un router (es decir, en cada salto). Cuando el valor se vuelve cero, el router descarta o elimina el paquete y es eliminado del flujo de datos de la red.Protocolo El campo de protocolo permite a la Capa de red pasar los datos al protocolo apropiado de la capa superior. Los valores de ejemplo son: 01 ICMP. 06 TCP. 17 UDP.

Tipo de servicio El campo de tipo de servicio contiene un valor binario de 8 bits que se usa para determinar la prioridad de cada paquete. Este valor permite aplicar un mecanismo de Calidad del Servicio (QoS) a paquetes de alta prioridad.

Desplazamiento de fragmentos Un router puede tener que fragmentar un paquete cuando lo enva desde un medio a otro medio que tiene una MTU ms pequea. Cuando se produce una fragmentacin, el paquete IPv4 utiliza el campo Desplazamiento de fragmento y el sealizador MF en el encabezado IP para reconstruir el paquete cuando llega al host destino. El campo de desplazamiento del fragmento identifica el orden en el cual ubicar el fragmento del paquete en la reconstruccin.Sealizador de Ms fragmentos Usado con el Desplazamiento de fragmentos para la fragmentacin y reconstruccin de paquetes. Cuando est configurado el sealizador Ms fragmentos, significa que no es el ltimo fragmento de un paquete.Sealizador de No Fragmentar indica que no se permite la fragmentacin del paquete. Si se establece el bit del sealizador No Fragmentar, entonces la fragmentacin de este paquete NO est permitida. Si un router necesita fragmentar un paquete para permitir el paso hacia abajo hasta la capa de Enlace de datos pero el bit DF se establece en 1, entonces el router descartar este paquete.

Agrupamiento de dispositivos en redes y direccionamiento jerrquico

En lugar de tener todos los hosts conectados en cualquier parte a una vasta red global, es ms prctico y manejable agrupar los hosts en redes especficas.A medida que nuestras redes crecen, pueden volverse demasiado grandes para manejarlas como una nica red. En ese punto, necesitamos dividir nuestra red.Factores comunes para agrupar hosts: Ubicacin geogrfica, Propsito, y Propiedad.

Agrupacin de hosts de manera geogrfica Podemos agrupar hosts de redes geogrficamente. El agrupamiento de hosts en la misma ubicacin, como cada construccin en un campo o cada piso de un edificio de niveles mltiples, en redes separadas puede mejorar la administracin y operacin de la red.Agrupacin de hosts para propsitos especficos Los usuarios que tienen tareas similares usan generalmente software comn, herramientas comunes y tienen patrones de trfico comn. A menudo podemos reducir el trfico requerido por el uso de software y herramientas especficos, ubicando estos recursos de soporte en la red con los usuarios.Agrupacin de hosts para propiedad Utilizar una base organizacional (compaa, departamento) para crear redes ayuda a controlar el acceso a los dispositivos y datos como tambin a la administracin de las redes.

A medida que las redes crecen, presentan problemas que pueden reducirse al menos parcialmente dividiendo la red en redes interconectadas ms pequeas. Grandes cantidades de hosts generan grandes cantidades de broadcasts que consumen el ancho de banda de la red.Los problemas comunes con las redes grandes son: Degradacin de rendimiento Temas de seguridad Administracin de direcciones

La divisin de redes basada en la propiedad significa que el acceso a y desde los recursos externos de cada red pueden estar prohibidos, permitidos o monitoreados.Dividir una red basada en el acceso a usuarios es un medio para asegurar las comunicaciones y los datos del acceso no autorizado, ya sea por usuarios dentro de la organizacin o fuera de ella.La seguridad entre redes es implementada en un dispositivo intermediario (router o firewall) en el permetro de la red. La funcin del firewall realizada por este dispositivo permite que datos conocidos y confiables accedan a la red.

Dividir grandes redes para que estn agrupados los hosts que necesitan comunicarse, reduce la carga innecesaria de todos los hosts para conocer todas las direcciones.Para todos los otros destinos, los hosts slo necesitan conocer la direccin de un dispositivo intermediario al que envan paquetes para todas las otras direcciones de destino. Este dispositivo intermediario se denomina gateway. El gateway es un router en una red que sirve como una salida desde esa red.

Direccionamiento jerrquico Una direccin jerrquica identifica cada host de manera exclusiva. Tambin tiene niveles que ayudan a enviar paquetes a travs de internetworks, lo que permite que una red sea dividida en base a esos niveles. Usar el esquema de direccionamiento jerrquico significa que pueden conservarse los niveles ms altos de la direccin (similar al pas en una direccin postal), con el nivel medio denotando las direcciones de la red (estado o ciudad) y el nivel ms bajo, los hosts individuales.

Divisin de redes Si se tiene que dividir una red grande, se pueden crear capas de direccionamiento adicionales. Usar direccionamiento jerrquico significa que se conservan los niveles ms altos de la direccin; con un nivel de subred y luego el nivel de host. La direccin lgica IPv4 de 32 bits es jerrquica y est constituida por dos partes. La primera parte identifica la red y la segunda parte identifica al host en esa red. Se requiere de las dos partes para completar una direccin IP.

Por comodidad, las direcciones IPv4 se dividen en cuatro grupos de ocho bits (octetos). Cada paso se convierte a su valor decimal y la direccin completa escrita como los cuatro valores decimales separados por punto (perodo). Por ejemplo: 192.168.18.57Los routers slo necesitan conocer cmo llegar a cada red en lugar de conocer la ubicacin de cada host individual.Con el direccionamiento jerrquico de IPv4, la porcin de la red de la direccin para todos los hosts en una red es la misma. Para dividir una red, la porcin de la red de la direccin es extendida para usar bits desde la porcin del host de la direccin. Estos bits de host pedidos prestados luego se usan como bits de red para representar las diferentes subredes dentro de un rango de red original. Cuantas ms subredes se crean, menos hosts pueden utilizarse para cada subred.Al nmero de bits de una direccin utilizada como porcin de red se lo denomina longitud del prefijo. Por ejemplo, si una red usa 24 bits para expresar la porcin de red de una direccin, se dice que el prefijo es /24.

Aspectos fundamentales de las rutas, las direcciones del siguiente salto y el reenvo de paquetes

Dentro de una red o subred, los hosts se comunican entre s sin necesidad de un dispositivo intermediario de capa de red. Cuando un host necesita comunicarse con otra red, un dispositivo intermediario o router acta como un gateway hacia la otra red.La direccin de gateway es la direccin de una interfaz de router que est conectada a la misma red que el host.Para comunicarse con un dispositivo en otra red, un host usa la direccin de este gateway, o gateway por defecto, para enviar un paquete fuera de la red local.

Si el host de destino est en la misma red que el host de origen, el paquete se enva entre dos hosts en el medio local sin la necesidad de un router.Si la comunicacin se produce entre dos hosts de diferentes redes, la red local enva el paquete desde el origen hasta su router del gateway. El router examina la porcin de la red de la direccin de destino del paquete y enva el paquete a la interfaz adecuada. Si la red de destino est conectada directamente a este router, el paquete es enviado directamente a ese host. Si la red de destino no est conectada directamente, el paquete es enviado a un segundo router, que es el router del siguiente salto.

Gateway: La salida de nuestra red El gateway, tambin conocido como gateway por defecto, es necesario para enviar un paquete fuera de la red local. Si la porcin de red de la direccin de destino del paquete es diferente de la red del host de origen, el paquete tiene que hallar la salida fuera de la red original. Para esto, el paquete es enviado al gateway. Este gateway es una interfaz del router conectada a la red local. La interfaz del gateway tiene una direccin de capa de Red que concuerda con la direccin de red de los hosts. Los hosts estn configurados para reconocer que la direccin es un gateway.Ningn paquete puede ser enviado sin una ruta. S el paquete se origina en un host o se reenva por un dispositivo intermediario, el dispositivo debe tener una ruta para identificar dnde enviar el paquete.Un host debe reenviar el paquete ya sea al host en la red local o al gateway, segn sea lo adecuado. Para reenviar los paquetes, el host debe tener rutas que representan estos destinos.Para reenviar un paquete a una red de destino, el router requiere una ruta hacia esa red.

La ruta: el camino hacia una red Una ruta para paquetes para destinos remotos se agrega usando la direccin de gateway por defecto como el siguiente salto. Para reenviar un paquete, el router debe saber dnde enviarlo. Esta informacin est disponible como rutas en una tabla de enrutamiento. La tabla de enrutamiento almacena la informacin sobre las redes conectadas y remotas. Las redes conectadas estn directamente adjuntas a una de las interfaces del router. Las redes remotas son redes que no estn conectadas directamente al router.

Tabla de enrutamiento de host Un host crea las rutas usadas para reenviar los paquetes que origina. Estas rutas derivan de la red conectada y de la configuracin del gateway por defecto. Los hosts tambin requieren una tabla de enrutamiento para asegurarse de que los paquetes de la capa de Red estn dirigidos a la red de destino correcta. La tabla de enrutamiento de un host de computadora puede ser analizada en la lnea de comando introduciendo los comandos netstat -r, route, o route PRINT.

Los routers en una tabla de enrutamiento tienen tres caractersticas principales: Red de destino, Prximo salto, y Mtrica.

Red de destino La red de destino que aparece en la entrada de la tabla de enrutamiento, llamada ruta, representa un rango de direcciones de hosts y, algunas veces, un rango de direcciones de red y de host. La prioridad de la seleccin de una ruta para el paquete que va a 10.1.1.55 sera: 1. 10.1.1.0 2. 10.1.0.0 3. 10.0.0.0 4. 0.0.0.0 5. Descartada

Ruta default Un router puede ser configurado para que tenga una ruta default. Una ruta default es una ruta que coincida con todas las redes de destino. En redes IPv4 se usa la direccin 0.0.0.0 para este propsito. La ruta default se usa para enviar paquetes para los que no hay entrada en la tabla de enrutamiento para la red de destino. Los paquetes con una direccin de red de destino que no combinan con una ruta ms especfica en la tabla de enrutamiento son enviados al router del prximo salto asociados con la ruta por defecto.

Siguiente salto: dnde se enva luego el paquete Un siguiente salto es la direccin del dispositivo que procesar luego el paquete. Para un host en una red, la direccin de gateway por defecto (interfaz de router) es el siguiente salto para todos los paquetes destinados a otra red. En la tabla de enrutamiento de un router, cada ruta enumera un siguiente salto para cada direccin de destino abarcada por la ruta. A medida que cada paquete llega al router, la direccin de la red de destino es analizada y comparada con las rutas en la tabla de enrutamiento. El router luego enva el paquete hacia la interfaz a la cual est conectado el router del siguiente salto. Las redes conectadas directamente a un router no tienen direccin del siguiente salto porque no existe un dispositivo de Capa 3 entre el router y esa red. El router puede reenviar paquetes directamente hacia la interfaz por esa red al host de destino.Envo de paquetes En cada salto, el router analiza la direccin IP de destino para cada paquete y luego controla la tabla de enrutamiento para reenviar informacin.El router har una de tres cosas con el paquete: Envelo al router del prximo salto Envelo al host de destino Descrtelo

Un router procesa el paquete en la Capa de red. No obstante, los paquetes que llegan a las interfaces del router estn encapsulados como PDU (Capa 2) de la capa de Enlace de datos. El router primero descarta la encapsulacin de la Capa 2 para poder examinar el paquete.En el router, se analiza la direccin de destino en el encabezado del paquete. Si una ruta coincidente en la tabla de enrutamiento muestra que la red de destino est conectada directamente al router, el paquete es reenviado a la interfaz a la cual est conectada la red. En este caso, no existe siguiente salto. Para ubicarlo en la red conectada, el paquete primero debe ser reencapsulado por el protocolo de la Capa 2 y luego reenviado hacia la interfaz.Si la tabla de enrutamiento no contiene una entrada de ruta ms especfica para un paquete que llega, el paquete se reenva a la interfaz indicada por la ruta default, si la hubiere.A medida que el paquete pasa a travs de saltos en la internetwork, todos los routers necesitan una ruta para reenviar un paquete. Si, en cualquier router, no se encuentra una ruta para la red de destino en la tabla de enrutamiento y no existe una ruta default, ese paquete se descarta.Protocolos de enrutamiento El enrutamiento requiere que cada salto o router a lo largo de las rutas hacia el destino del paquete tenga una ruta para reenviar el paquete. De otra manera, el paquete es descartado en ese salto. Cada router en una ruta no necesita una ruta hacia todas las redes. Slo necesita conocer el siguiente salto en la ruta hacia la red de destino del paquete. La tabla de enrutamiento contiene informacin que un router usa en sus decisiones al reenviar paquetes.

Enrutamiento estticoLas rutas a redes remotas con los siguientes saltos asociados se pueden configurar manualmente en el router. Esto se conoce como enrutamiento esttico.Como los paquetes son reenviados en cada salto, cada router debe estar configurado con rutas estticas hacia los siguientes saltos que reflejan su ubicacin en la internetwork.

Enrutamiento dinmico Los protocolos de enrutamiento son un conjunto de reglas por las que los routers comparten dinmicamente su informacin de enrutamiento. Cuando un router recibe informacin sobre rutas nuevas o modificadas, actualiza su propia tabla de enrutamiento y, a su vez, pasa la informacin a otros routers. De esta manera, todos los routers cuentan con tablas de enrutamiento actualizadas dinmicamente y pueden aprender sobre las rutas a redes remotas en las que se necesitan muchos saltos para llegar.

Entre los protocolos de enrutamiento comunes se incluyen: Protocolo de informacin de enrutamiento (RIP), Protocolo de enrutamiento de gateway interior mejorado (EIGRP), y Open Shortest Path First (OSPF).Aunque los protocolos de enrutamiento proveen routers con tablas de enrutamiento actualizadas, existen costos. Primero, el intercambio de la informacin de la ruta agrega una sobrecarga que consume el ancho de banda de la red. Esta sobrecarga puede ser un problema, particularmente para los enlaces del ancho de banda entre routers. Segundo, la informacin de la ruta que recibe un router es procesada extensamente por protocolos como EIGRP y OSPF para hacer las entradas a las tablas de enrutamiento. Esto significa que los routers que emplean estos protocolos deben tener suficiente capacidad de procesamiento como para implementar los algoritmos del protocolo para realizar el enrutamiento oportuno del paquete y enviarlo.

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